Hygroelectrical Power : Accidental Discovery the Future of Energy
“…..กำลังไฟฟ้าที่มาจากความชื้นในบรรยากาศ หรือที่เรียกว่า Hygroelectricity กำลังดึงดูดจินตนาการของนักวิจัยอีกครั้ง ความแตกต่างนั้น ได้แก่ พวกเขาไม่ได้คิดใหญ่ แต่พวกมันเล็กจิ๋วมากอย่างยิ่ง …”
นิโคลา เทสลา Nikola Tesla คาดการณ์ว่า กำลังไฟฟ้าจากอากาศบางๆ Electricity from Thin Air นั้น เป็นไปได้ แต่คำถามคือ จะเป็นไปได้หรือไม่ที่จะรวบรวม ควบคุม และใช้ประโยชน์พลังงานไฟฟ้าเหล่านี้ในระดับที่จำเป็นต่อการผลิตกำลังไฟฟ้าใช้งานให้กับบ้านเรือน ชุมชน หรือเมืองของสังคมมนุษยชาติ ..
ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักประดิษฐ์ชาวเซอร์เบีย นิโคลา เทสลา Nikola Tesla ใฝ่ฝันที่จะดึงกระแสไฟฟ้าฟรีที่ไร้ขีดจำกัดออกมาจากอากาศรอบตัวเรา .. เทสลา Tesla มีความทะเยอทะยานมาตลอด โดยคิดในขอบเขตอันกว้างใหญ่ โดยมองโลก และชั้นบรรยากาศคือ ปลายทั้ง 2 ด้านของแบตเตอรี่ขนาดมหึมา ไม่จำเป็นต้องพูดว่า ความฝันของเขาไม่เคยเป็นจริง แต่คำมั่นสัญญาของพลังงานไฟฟ้าจากอากาศ ซึ่งก็คือ กำลังไฟฟ้าที่มาจากความชื้นในบรรยากาศ หรือที่เรียกว่า Hygroelectricity กำลังดึงดูดจินตนาการของนักวิจัยอีกครั้ง ความแตกต่างนั้น ได้แก่ พวกเขาไม่ได้คิดใหญ่ แต่พวกมันเล็กจิ๋วมากอย่างยิ่ง ..
ลองจินตนาการนึกถึงภาพการได้รับพลังงานไร้สายที่จำเป็นสำหรับการส่งจ่ายพลังงานให้กับโทรศัพท์มือถือของผู้คน ทำให้บ้านเรือนสว่างขึ้น หรือขับรถออกไปได้ด้วยพลังงานจากอากาศที่เบาบาง .. อาจดูจะเป็นไปได้ยาก ขณะที่เราไม่ได้กำลังพูดถึงความฝันของนิโคลา เทสลา Nikola Tesla ในเรื่องพลังงานไร้สายเมื่อศตวรรษก่อน แต่เป็นการค้นพบครั้งใหม่โดยไม่ได้ตั้งใจ .. ทั้งนี้ ตามแนวทางเหล่านี้นั้นจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ University of Massachusetts Amherst ซึ่งนักวิจัยได้ค้นพบวิธีเปลี่ยนความชื้นให้เป็นกำลังไฟฟ้า .. เรียกว่า กำลังไฟฟ้าความชื้นในอากาศ Air Humidity Power or Hygroelectrical Power และเชื่อหรือไม่ว่าบริษัทฯ ที่ชื่อ CascataChuva กำลังพยายามทำการตลาดผลิตภัณฑ์จากเทคโนโลยีใหม่ที่แตกต่างออกไป .. แล้วพวกมัน คือ อะไร และทำงานอย่างไรนั้น ได้กลายเป็นเรื่องน่าสนใจอย่างยิ่ง เพราะพวกมันอาจหมายถึง อนาคตแหล่งพลังงานทางเลือกสะอาดสีเขียวแหล่งใหม่ New Green & Clean Energy Sources นั่นเอง ..
เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ University of Massachusetts อ้างว่า ได้ค้นพบวิธีสร้างพลังงานจากอากาศบาง ๆ Energy out of Thin Air .. พวกเขาได้พัฒนาอุปกรณ์เล็ก ๆ ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากความชื้นในอากาศ ซึ่งอาจช่วยเพิ่มแรงบันดาลใจหลักในการใช้พลังงานสะอาด Clean Energy ของโลกใบนี้ได้อย่างน่าตื่นเต้น ..
นักวิจัยทั้งหลาย ต่างมีความเห็นว่า เนื่องจากอากาศมีความชื้นอยู่ตลอดเวลา Humidity All the Time อุปกรณ์เล็กๆ ของพวกเขา จึงสามารถสร้างพลังงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง ก็คือ พวกมันเป็นแหล่งพลังงานที่ไร้ขีดจำกัด Source of Limitless Energy ..
วิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการค้นพบนี้ ค่อนข้างเรียบง่าย และไม่เป็นอันตราย .. อากาศในบรรยากาศ ประกอบไปด้วยกำลังไฟฟ้า Electricity และเมฆ Clouds จำนวนมหาศาล ซึ่งอยู่ในรูปของมวลหยดน้ำ Water Droplets และแต่ละหยดมีประจุบวก และประจุลบที่สามารถชาร์จกระแสไฟฟ้าได้ .. จนถึงขณะนี้ ยังไม่ทราบวิธีการดักจับกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่า Capture that Electricity from Lightning ได้อย่างน่าเชื่อถือ .. แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials ระบุว่า พวกเขา สามารถประยุกต์ใช้วัสดุอนินทรีย์ วัสดุอินทรีย์สาร และวัสดุชีวภาพ Inorganic, Organic & Biological Materials ที่หลากหลาย เพื่อดักจับกระแสไฟฟ้าดังกล่าวได้ ..
ความชื้น Humidity และไฟฟ้าสถิตย์ Static Electricity ในบรรยากาศ ..
ค่าการนำไฟฟ้า (σ) หรือ Conductivity คือ การวัดความสามารถของวัสดุในการนำกระแสไฟฟ้า หน่วยการนำไฟฟ้า คือ ซีเมนส์ต่อเมตร Siemens/Meter : S/m หรือโดยทั่วไป คือ มิลลิซีเมนส์ต่อเมตร Millisiemens/Meter : mS/m .. ซีเมน Siemen ซึ่งเป็นหน่วยของสื่อกระแสไฟฟ้า คือ ค่าส่วนผกผันกลับของโอห์ม Ohm ซึ่งเป็นหน่วยค่าความต้านทาน Unit of Resistance ..
เหตุใดความชื้น Humidity จึงมีความสำคัญนั้น ก็เนื่องจาก น้ำ Water เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี Great Conductor of Electricity .. ดังนั้น วัตถุที่มีประจุไฟฟ้า จะปล่อยคายประจุไฟฟ้า Electric Charge เมื่ออากาศชื้น ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตอย่างกะทันหัน Sudden Electrostatic Discharge : ESD .. ค่าการนำไฟฟ้าวัดเป็น Siemens ต่อเมตร Siemens/Meter : S/m หรือ A/V = 1/W ..
โดยทั่วไป เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศต่ำ Low Relative Air Humidity ก็จะเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดไฟฟ้าสถิต Static Electricity ส่งผลให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเสียหาย และทำให้ผู้คนรู้สึกไม่สบาย .. ดังนั้น การควบคุมความชื้นในอากาศ Air Humidity Control คือ สิ่งสำคัญ ..
โดยพื้นฐานแล้ว ไฟฟ้าสถิต Static Electricity คือ ความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าในวัสดุ .. ความไม่สมดุล เช่น การสูญเสีย หรือการเพิ่มขึ้นของอิเล็กตรอนประจุลบ Loss or Addition of Electrons เกิดขึ้นเมื่อพื้นผิววัสดุทั้งสองสัมผัสกันโดยการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน Interchanging Electrons ระหว่างกัน ..
สาเหตุหลักประการหนึ่งของประจุไฟฟ้าสถิต Main Causes of Static Charge คือ ปรากฏการณ์ไทรโบอิเล็กทริก Triboelectric Effect ซึ่งวัสดุบางชนิดจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นผ่านการสัมผัส Materials Become Electrically Charged Through Contact .. โดยพื้นฐานแล้ว พายุฝนฟ้าคะนองมีสาเหตุมาจากประจุไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นจากการเสียดสีสัมผัสกันของหยดน้ำ ไอน้ำ ลม ทำให้เกิดความต่างศักดาไฟฟ้าระหว่างเมฆ กับพื้นดินสูงจนเกิดการไหลกระโดดของประจุไฟฟ้าจากดินพุ่งขึ้นผ่านอากาศสู่เมฆกลายเป็นฟ้าผ่า ซึ่งดูเหมือนประจุไฟฟ้าวิ่งลงดิน แต่จริงๆ แล้วกระแสไฟฟ้ากระโดดจากพื้นดินขึ้นสู่ท้องฟ้า เป็นต้นนั่นเอง ..
ไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นระหว่างการสัมผัสระหว่างวัสดุในขณะที่พวกมันแลกเปลี่ยนเวเลนซ์อิเล็กตรอน Exchange Valence Electrons .. อย่างไรก็ตาม ความชื้นในบรรยากาศ Air Humidity ทำให้อากาศนำไฟฟ้าได้มากขึ้น Makes the Air More Conductive ดังนั้น จึงสามารถดูดซับ และกระจายประจุไฟฟ้าส่วนเกินได้เป็นอย่างดี และนั่นคือ ที่มาของแหล่งพลังงาน Source of Energy ..
ทั้งนี้ ความชื้น Moisture มิได้ป้องกันการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตอย่างกะทันหัน Sudden Electrostatic Discharge : ESD แต่พวกมันดูดซับประจุไฟฟ้าได้ดีกว่า .. ในอากาศที่มีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ In Air with Low Relative Humidity นั้น ประจุที่ไม่สมดุลจะทำให้ประจุที่ต่างกันกลับมาเท่ากันเมื่อสัมผัสกับตัวนำอื่นเท่านั้น .. ในอากาศที่มีระดับความชื้นสูง In Air with Higher Humidity Levels ความชื้นในอากาศ Moisture จะเป็นสื่อกลางในการปล่อยคายประจุออกมาในลักษณะที่ไม่เป็นอันตรายมากขึ้น ..
โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งที่เกิดขึ้นคือ โมเลกุลของน้ำแต่ละตัวมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าอากาศที่อยู่รอบๆ มาก ดังนั้นประจุไฟฟ้า Electric Charges จึงถูกปล่อยคายออกสู่น้ำในอากาศ กล่าวอีกนัยหนึ่งการคายประจุไฟฟ้าสถิตยังคงเกิดขึ้น แต่จะกระจายออกไปตามโมเลกุล หรือหยดของน้ำจำนวนนับไม่ถ้วนนั่นเอง .. ด้วยวิธีเหล่านี้ ประจุสูง High Charges จะไม่เกิดขึ้นเมื่อความชื้นสัมพัทธ์อยู่เหนือจุดที่กำหนด Humidity is Above a Certain Point ..
หน่วยการนำไฟฟ้าของน้ำ Conductivity of Water ใช้หน่วย SI หรือ International Systems of Units ของค่า Conductivity .. การนำไฟฟ้า คือ ซีเมนส์ต่อเมตร Siemens/Meter: S/m ถึงแม้ว่า หน่วย SI คือ S/m แต่ในทางปฏิบัตินั้น ค่า Conductivity ในน้ำไม่สูงมากนัก จึงนิยมใช้เป็น ไมโครซีเมนส์/เซ็นติเมตร Microsiemens/Centimeter : µS/cm และค่า Conductivity จะเพิ่มขึ้นจริง เมื่ออุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้น ดังนั้น ค่าการนำไฟฟ้า Electrical Conductivity : EC มักจะถูกบันทึกที่ 25°C โดยมีอุณหภูมิ และค่า EC ระบุไว้พร้อมกัน ..
หน่วยวัดอื่นสำหรับ Electrical Conductivity : EC คือ มิลลิซีเมนส์ต่อเซ็นติเมตร Millisiemens/Centimeter : mS/cm ซึ่งค่าการนำไฟฟ้า 1 mS/cm = 1000 µS/cm เป็นต้น .. ทั้งนี้ มาตรฐานคุณภาพการนำไฟฟ้าของน้ำ และหยดน้ำในอากาศ จะวัดได้ในระดับจาก 0-50,000 µS/cm ขึ้นอยู่กับเกลือ วัสดุอินทรีย์ และวัสดุอนินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำ Water หรือหยดน้ำ Water Droplets ที่แขวนลอยอยู่ในอากาศ .. อย่างไรก็ตาม ค่าการนำไฟฟ้าวัดเป็น Microsiemens ต่อเซนติเมตร ในน้ำจืดทั่วไป มักจะอยู่ระหว่าง 0-1,500 µS/cm รวมทั้งน้ำทะเล จะมีค่าการนำไฟฟ้า Conductivity ประมาณ 50,000 µS/cm ..
นักวิทยาศาสตร์ เปลี่ยนอากาศชื้นให้เป็นกำลังไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียน Turn Humid Air into Renewable Power ด้วยเหตุบังเอิญ ..
เมื่อเดือนพฤษภาคม 2566 ที่ผ่านมา ทีมงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ University of Massachusetts : UMass Amherst ได้ตีพิมพ์บทความที่ประกาศว่า พวกเขาประสบความสำเร็จในการสร้างกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กแต่ต่อเนื่องจากความชื้นในอากาศ Generated a Small but Continuous Electric Current from Humidity in the Air ซึ่งถือเป็นคำกล่าวอ้างที่น่าตื่นเต้น เมื่อทีมงานค้นพบสิ่งที่เป็นแรงบันดาลใจให้กับงานวิจัยครั้งใหม่นี้ ..
“พูดกันตามตรง มันเป็นอุบัติเหตุ” ศาสตราจารย์ จุน เหยา Prof Jun Yao ผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว “จริง ๆ แล้ว ทีมงานสนใจที่จะสร้างเซ็นเซอร์ง่ายๆ สำหรับการตรวจวัดความชื้นในอากาศ Simple Sensor for Humidity in the Air แต่ด้วยเหตุผลใดก็ตาม นักเรียนที่ทำงานอยู่ก็ลืมเสียบปลั๊กไฟ” ..
ทีมวิจัยของ UMass Amherst รู้สึกประหลาดใจที่พบว่า อุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งประกอบด้วยหลอด Microscopic Tubes ขนาดเล็กจิ๋วมากมาย หรือสายนาโน Nanowires กำลังผลิตสัญญาณไฟฟ้าโดยไม่คำนึงถึงว่าใช้กำลังไฟฟ้ามาจากที่ใด ซึ่งพบว่า กำลังไฟฟ้านั้น มาจากความชื้นในอากาศ ..
เส้นลวดนาโนแต่ละเส้น Each Nanowire มีเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 1 ใน 1,000 ของเส้นผมมนุษย์ ซึ่งกว้างพอที่จะให้โมเลกุลของน้ำในอากาศ Airborne Water Molecule สามารถลอดเข้าไปได้ แต่แคบมากจนอาจชนกัน และเสียดสีสัมผัสภายในท่อได้เช่นกัน .. ทีมงานวิจัย ตระหนักดีว่า การกระแทกแต่ละครั้งได้ให้ยืมแลกเปลี่ยนประจุระหว่างกันเพียงเล็กน้อยก็ตาม และเมื่อความถี่ของการกระแทกเพิ่มขึ้น ปลายด้านหนึ่งของท่อนาโน Nanotube ก็มีประจุที่แตกต่างกัน ทำให้ความต่างศักย์เพิ่มขึ้น ..
“มันเหมือนกับแบตเตอรี่ Batteries จริงๆ” ศาสตราจารย์ จุน เหยา Prof Jun Yao กล่าวเพิ่มเติมอีกว่า “มีแรงดึงเชิงบวก และแรงดึงเชิงลบ เกิดขึ้น และเมื่อเชื่อมต่อพวกมันเข้าด้วยกัน ประจุไฟฟ้าก็จะไหลออกมา The Electric Charge is Going to Flow” ..
สำหรับการศึกษาล่าสุด ทีมของศาสตราจารย์ จุน เหยา Prof Jun Yao ได้พัฒนาจากการใช้ลวดนาโน Nanowires และแทนที่จะเจาะวัสดุด้วยรูเล็ก ๆ นับล้าน หรือรูนาโน Nanopores .. อุปกรณ์ที่พวกเขาคิดขึ้นมานั้น มีขนาดเล็กมาก และเส้นผ่าศูนย์กลางสายนาโน Nanowires มีขนาดเท่ากับ 1 ใน 5 ของความกว้างของเส้นผมมนุษย์ และแต่ละท่อนาโน Nanotube สามารถสร้างกำลังไฟฟ้าได้ประมาณ 1 ไมโครวัตต์ Microwatt: μW or 10-6 W ซึ่งหมายถึง อุปกรณ์เล็ก ๆ ของพวกเขา เพียงพอที่จะให้การส่องสว่างในแต่ละ 1 พิกเซล Light a Single Pixel บนหน้าจอ LED ขนาดใหญ่ได้ ..
แล้วจะต้องใช้อะไรในการจ่ายกำลังไฟให้กับส่วนที่เหลือของหน้าจอ LED หรือบ้านทั้งหลัง “ความงดงาม ก็คือ อากาศ Air และความชื้น Humidity มีอยู่ทุกหนทุกแห่ง” ศาสตราจารย์จุน เหยา Prof Jun Yao กล่าว “แม้ว่าอุปกรณ์แผ่นบางจะจ่ายกำลังไฟฟ้า หรือพลังงานได้เพียงเล็กน้อย แต่โดยหลักการแล้ว เราสามารถซ้อนหลายชั้นในพื้นที่แนวตั้ง เพื่อเพิ่มระดับพลังงานให้มากขึ้นอีกได้” ..
นั่นคือ สิ่งที่อีกทีมหนึ่ง คือ Prof Svitlana Lyubchyk และลูกชายฝาแฝดของเธอ Profs Andriy และ Sergiy Lyubchyk กำลังพยายามทำ .. ศาสตราจารย์ Svitlana Lyubchyk และศาสตราจารย์ Andriy เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Catcher Project ในลิสบอน Lisbon ซึ่งมีเป้าหมายเดียวกัน คือ “เปลี่ยนความชื้นในบรรยากาศ ให้เป็นกำลังไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียน Changing Atmospheric Humidity into Renewable Power “ และร่วมกับ Prof Sergiy พวกเขาได้ก่อตั้งบริษัท CascataChuva ซึ่งเป็นสตาร์ทอัพ Startup ที่มีจุดประสงค์เพื่อทำการวิจัยในเชิงพาณิชย์ .. พวกเขาเริ่มทำงานกับแนวคิดนี้ครั้งแรก ในปี 2558 ก่อนที่ทีมของ ศาสตราจารย์จุน เหยา Prof Jun Yao จะอยู่ที่ UMass Amherst .. “เราถูกมองว่าเป็นตัวประหลาด เป็นพวกที่พูดอะไรบางอย่างที่เป็นไปไม่ได้เอาเสียเลย” Prof Andriy กล่าว แต่มันมิได้เป็นเช่นนั้น ..
ในความเป็นจริง การพยายามพิสูจน์คุณค่าของแนวคิดในช่วงแรก ๆ ในการประชุม ทำให้พวกเขาตื่นเต้นอย่างแท้จริง เขากล่าวว่า “สัญญาณไม่เสถียร และอยู่ในระดับต่ำ เราสามารถผลิตพลังงานได้ 300 มิลลิวัตต์ Milliwatts แต่จะต้องทุ่มเทความพยายามทั้งหมดอีกมาก เพื่อที่จะให้ระบบ สูดหายใจเอาความชื้นเข้าไปในอุปกรณ์ตัวอย่างได้เพียงพอ” ..
นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา พวกเขาก็มาไกลมาก โดย Catcher Project และโครงการที่เกี่ยวข้องได้รับเงินทุนเกือบ 5.5 ล้านยูโร หรือ 4.7 ล้านปอนด์ จากสภานวัตกรรมแห่งยุโรป European Innovation Council .. ผลลัพธ์ที่ได้ คือ แผ่นดิสก์สีเทาบาง ๆ เส้นผ่าศูนย์กลาง 4 ซม. หรือ 1.5 นิ้ว .. จากข้อมูลของ Prof Lyubchyks นั้น หนึ่งในอุปกรณ์เหล่านี้ สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ค่อนข้างน้อยอยู่ที่ 1.5 โวลต์ Volts และ 10 มิลลิแอมป์ Milliamps : mA .. อย่างไรก็ตาม พวกเขายืนยันได้ว่า เซลล์แผ่นดิสก์สีเทาบาง จำนวน 20,000 ชิ้น ซ้อนกันอยู่ในกล่องอุปกรณ์ขนาดเท่าเครื่องซักผ้า สามารถผลิตพลังงานที่เป็นกำลังไฟฟ้าได้ 10 กิโลวัตต์ชั่วโมง KWh ต่อวัน ซึ่งใกล้เคียงกับการบริโภคของครัวเรือนในสหราชอาณาจักรโดยเฉลี่ย Consumption of an Average UK Household .. สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้น คือ พวกเขาวางแผนที่จะเตรียมต้นแบบให้พร้อมสำหรับการสาธิต ในปี 2567 ที่กำลังจะมาถึง ..
อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ขนาดเท่าเครื่องซักผ้าที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานได้จากอากาศบาง หรือค่อนข้างชื้น อาจฟังดูดีเกินจริง แต่ปีเตอร์ ด็อบสัน Peter Dobson ศาสตราจารย์เกียรติคุณสาขาวิศวกรรมศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด Oxford University ได้ติดตามการวิจัยของทั้งทีม UMass Amherst และ Catcher Project และเขาเป็นคนมองโลกในแง่ดี ..
ตอนที่ศาสตราจารย์ ปีเตอร์ ด็อบสัน Peter Dobson ได้ยินเรื่องนี้ครั้งแรก คิดว่า ‘ใช่เลย และนี่คือ แหล่งพลังงานอีกอันหนึ่ง’ หากพวกเขาสามารถออกแบบ และปรับขนาดของพวกมันได้ และหลีกเลี่ยงสิ่งที่ปนเปื้อนจากจุลินทรีย์ในชั้นบรรยากาศ ซึ่งก็ควรจะได้ผลเป็นที่น่าพอใจได้ ..
ทั้งนี้ การป้องกันการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ Preventing Microbial Contamination นั้น ถือเป็น “ความท้าทายทางวิศวกรรมที่น่าตื่นเต้น” มากกว่าข้อบกพร่องที่จุดสิ้นสุดที่จะต้องปรับแก้ไขต่อไป การปนเปื้อนของจุลินทรีย์ คือ ปัญหาที่ยิ่งใหญ่กว่ามากที่ต้องเอาชนะก่อนที่เทคโนโลยีนี้ จะขับเคลื่อนกำลังไฟฟ้าในครัวเรือนของมนุษยชาติจากนี้ไปให้สำเร็จได้ ..
ในขณะที่นักวิจัย UMass Amherst กำลังทำงานกับวัสดุอินทรีย์ Organic Materials ซึ่งในทางทฤษฎีสามารถผลิตได้อย่างง่ายดายนั้น ทีมงาน Catcher Project ก็ได้รับผลลัพธ์ที่เหนือกว่า โดยใช้ เซอร์โคเนียมออกไซด์ Zirconium Oxide : ZrO2 ซึ่งเป็นวัสดุที่น่าสนใจในการวิจัยเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Research ..
ทีมงาน ยอมรับว่าอาจต้องใช้เวลาหลายปีในการเพิ่มประสิทธิภาพต้นแบบ และเพิ่มขนาดกำลังการผลิตในเชิงพาณิชย์ แต่หากประสบความสำเร็จ ประโยชน์ที่ได้ก็ชัดเจน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความชื้นนี้ Hygroelectric Generators สามารถทำงานได้ทั้งกลางวัน และกลางคืน ทั้งในอาคาร นอกสถานที่ และในหลายแห่งแตกต่างไปจากพลังงานแสงอาทิตย์ หรือลม Solar or Wind Energy .. ทีมงานยังหวังว่า สักวันหนึ่งจะสร้างวัสดุก่อสร้างจากอุปกรณ์ของพวกเขา ลองจินตนาการว่า หากสามารถสร้างส่วนต่างๆ ของอาคารโดยใช้วัสดุเหล่านี้ได้ .. Prof Andriy ชี้ว่า ไม่จำเป็นต้องมีการถ่ายโอนพลังงานจากโครงข่ายระบบสายส่ง และไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานขนาดใหญ่ที่ต้องลงทุนจำนวนมหาศาลอีกต่อไป ..
ทุกอย่างอาจดูเหมือนเป็นความฝันของ นิโคลา เทสลา Nikola Tesla ในเรื่องการผลิตกระแสไฟฟ้าที่ไร้ขีดจำกัดจากอากาศนั้น ซึ่งอาจจะยังห่างไกลออกไป แต่ศาสตราจารย์ จุน เหยา Prof Jun Yao แนะนำว่า เราอาจพบเหตุผลสำหรับการมองโลกในแง่ดีท่ามกลางท้องฟ้าที่มีเมฆมาก “พลังงานจำนวนมหาศาล ถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของน้ำในอากาศ Lots of Energy is Stored in Water Molecules in the Air” เขากล่าว “นั่นคือ จุดที่เราได้รับผลกระทบจากฟ้าผ่าระหว่างเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง การมีอยู่ของพลังงานประเภทนี้ ไม่ต้องสงสัยเลย พวกมันอยู่ที่ว่า มนุษยชาติ จะรวบรวมพวกมันมาประยุกต์ใช้งานได้อย่างไร นั่นเอง” ..
คาดการณ์ตลาดอุปกรณ์ตรวจจับความชื้นทั่วโลก Global Humidity Sensor Market และตลาดอุปกรณ์อื่นที่เกี่ยวข้องกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความชื้น Hygroelectric Generators ..
แม้ว่า ผลิตภัณฑ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความชื้น Hygroelectric Generators นั้น ปัจจุบันยังไม่มีจำหน่ายในตลาดเชิงพาณิชย์ แต่ตลาดอุปกรณ์ และวัสดุอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการผลิต และจำหน่ายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความชื้น Hygroelectric Generators เช่น อุปกรณ์ตรวจจับความชื้น Humidity Sensors, ตลาดลวดนาโน Nanowires Market และตลาดเซอร์โคเนียมออกไซด์ Zirconium Oxide : ZrO2 มีแนวโน้มเติบโตขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะเป็นผลมาจากโครงการ Catcher Project ในยุโรป ซึ่งเป็นที่สนใจทั้งจากภาครัฐ และบริษัทเอกชนจากนี้ไป เช่น บริษัท CascataChuva เป็นต้น ..
ขนาดธุรกิจในตลาดเซ็นเซอร์ตรวจจับความชื้นทั่วโลก Global Humidity Sensor Market มีมูลค่า 4.68 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 และมีแนวโน้มที่จะเติบโตจาก 5.03 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 เป็น 99.49 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2573 .. ทั้งนี้ อัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับตลาดเซ็นเซอร์ตรวจจับความชื้นทั่วโลก Global Humidity Sensor Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 8.2% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2566-2573 ..
ตลาดลวดนาโนทั่วโลก Global Nanowires Market ก็เช่นกัน พบการเติบโตด้วยความเร่งอย่างมีนัยสำคัญ อยู่ที่ค่า CAGR 25.60% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2565-2572 .. ความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กประสิทธิภาพสูงที่เพิ่มขึ้น คือ ปัจจัยสำคัญที่ช่วยเร่งการเติบโตของตลาดลวดนาโน Growth of the Nanowires Market .. นอกจากนี้ ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าหลากหลายที่มีขนาดเล็กลง ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งรวมถึงระบบอุปกรณ์เทคโนโลยีนาโน Nano Technologies ที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้โมเลกุลของน้ำในอากาศ Airborne Water Molecule, ความชื้น Humidity และกำลังไฟฟ้าที่มาจากความชื้นในบรรยากาศ หรือที่เรียกว่า Hygroelectricity .. การใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่ของเส้นลวดนาโน Nanowires ใน LED และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค คาดว่าจะผลักดันการเติบโตของตลาดเส้นลวดนาโน Global Nanowires Market .. อย่างไรก็ตาม การขาดแคลนวิธีการใหม่ ๆ ที่เชื่อถือได้ในการประกอบวงจร และราคาที่สูงจะขัดขวางตลาดลวดนาโน Global Nanowires Market ในขณะที่การขาดวิธีการที่เชื่อถือได้ในการประกอบวงจร คาดว่าจะท้าทายการเติบโตของตลาดจากนี้ไป ..
ทั้งนี้ สำหรับตลาดเซอร์โคเนียมออกไซด์ Zirconium Oxide : ZrO2 ซึ่งเป็นวัสดุที่น่าสนใจที่โครงการ Catcher Project ใช้เป็นหลักในอุปกรณ์ผลิตกำลังไฟฟ้าที่มาจากความชื้นในบรรยากาศ หรือที่เรียกว่า Hygroelectricity Generators นั้น พบว่า ตลาดเซอร์โคเนียมออกไซด์ หรือเซอร์โคเนีย Global Zirconium Oxide : ZrO2 or Zirconia Market ทั่วโลก มีมูลค่าเกือบ 5.34 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 .. ทั้งนี้ ขนาดธุรกิจในตลาดเซอร์โคเนียมออกไซด์ Zirconium Oxide : ZrO2 คาดว่าจะเติบโตสูงถึง 8.46 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2572 อยู่ที่ค่า CAGR 6.8% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2566-2572 .. อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางราย คาดหมายไว้เฉพาะตลาด Zirconium Oxide : ZrO2 สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความชื้น Hygroelectric Generators โดยชี้ว่า ตลาดจะสามารถเติบโตได้ อยู่ที่ค่า CAGR 5% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2567-2575 ..
สรุปส่งท้าย ..
การปรากฏตัวของเทคโนโลยีแปลงความชื้นในบรรยากาศให้เป็นกำลังไฟฟ้า Conversion of Atmospheric Humidity into Electricity Technology ให้ได้อย่างสมบูรณ์รูปแบบนี้นั้น เกี่ยวข้องกับการดึงประจุไฟฟ้าสถิตจำนวนเล็กน้อย Tiny Charges of Static Electricity ที่มีอยู่ในโมเลกุลของน้ำที่เป็นก๊าซ Gaseous Water Molecules ซึ่งมีอยู่ทั่วไปปริมาณมากมายในชั้นบรรยากาศ .. กระบวนการนี้ เรียกว่า กำลังไฟฟ้าที่มาจากความชื้นในบรรยากาศ หรือที่เรียกว่า Hygroelectricity หมายถึง กำลังไฟฟ้าจากความชื้น Humidity Electricity ..
ด้วยแหล่งพลังงานหมุนเวียนใหม่ New Renewable-Energy Source นี้ ได้รับการคาดหวังว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพ และความเป็นไปได้สำหรับการเปลี่ยนผ่านพลังงานสะอาดสีเขียว Green & Clean Energy Transition ของมนุษยชาติได้เป็นอย่างดี ..
ตัวอย่างในยุโรป พบว่า โครงการ Catcher Project ได้รับทุนสนับสนุนจากโครงการ Pathfinder ของสภานวัตกรรมแห่งยุโรป European Innovation Council โดยรวบรวมพันธมิตร 8 ราย จาก 6 ประเทศในยุโรป เพื่อสำรวจความเป็นไปได้สำหรับการแปลงความชื้นในบรรยากาศให้เป็นกำลังไฟฟ้า Conversion of Atmospheric Humidity into Electricity ..
แม้ว่าแนวคิดทั่วไปอาจจะเหมือนกัน แต่เทคโนโลยีเฉพาะที่โครงการ Catcher Project ใช้นั้น แตกต่างกับของ Nikola Tesla มาก โครงการนี้ใช้แผ่นเซลล์คล้ายแผงที่ทำจากเซอร์โคเนียมออกไซด์ Zirconium Oxide : ZrO2 ซึ่งเป็นวัสดุผลึกแข็ง เพื่อจับพลังงานจากความชื้นในบรรยากาศ Capture Energy from Atmospheric Humidity ..
ทั้งนี้ โครงการ Catcher Project และโครงการที่เกี่ยวข้อง ได้รับเงินทุนเกือบ 5.5 ล้านยูโร หรือ 4.7 ล้านปอนด์ จากสภานวัตกรรมแห่งยุโรป European Innovation Council .. ผลลัพธ์ที่ได้ คือ เซลล์แผ่นดิสก์สีเทาบาง ๆ เส้นผ่าศูนย์กลาง 4 ซม.หรือ 1.5 นิ้ว .. จากข้อมูลของศาสตราจารย์ Prof Lyubchyks นั้น หนึ่งในอุปกรณ์เหล่านี้ สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ค่อนข้างน้อยอยู่ที่ 1.5 โวลต์ Volts และ 10 มิลลิแอมป์ Milliamps : mA .. อย่างไรก็ตาม พวกเขายืนยันได้ว่า เซลล์แผ่นดิสก์สีเทาบาง จำนวน 20,000 ชิ้น ซ้อนกันอยู่ในกล่องอุปกรณ์ขนาดเท่าเครื่องซักผ้า สามารถผลิตพลังงานที่เป็นกำลังไฟฟ้าได้ 10 กิโลวัตต์ชั่วโมง KWh ต่อวัน ซึ่งใกล้เคียงกับการบริโภคของครัวเรือนในสหราชอาณาจักรโดยเฉลี่ย Consumption of an Average UK Household .. สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้น คือ พวกเขาวางแผนที่จะเตรียมต้นแบบให้พร้อมสำหรับการสาธิต เพื่อทำตลาดเชิงพาณิชย์ ภายในปี 2567 ที่กำลังจะมาถึงนี้ ..
เมื่อสำรวจคุณสมบัติของวัสดุนาโน Properties of Nanomaterials ที่ทำจากเซอร์โคเนียมออกไซด์ Zirconium Oxide : ZrO2 ตลอด 7 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยเริ่มเห็นหลักฐานของกำลังไฟฟ้าที่มาจากความชื้นในบรรยากาศ หรือที่เรียกว่า Hygroelectricity ตามที่ Prof Svitlana Lyubchik ผู้ประสานงานโครงการ Catcher Project กล่าวอ้างไว้อย่างชัดเจน ..
เช่นเดียวกับพวกเขา วิศวกรเคมีที่มหาวิทยาลัย Lusophone University กำลังดำเนินโครงการริเริ่มต่าง ๆ เพื่อพยายามใช้ประโยชน์จากศักยภาพนี้ ..
ปัจจุบัน กลุ่มนักวิจัยอยู่ในจุดที่แผ่นวัสดุขนาด 8×5 เซนติเมตร สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 0.9 โวลต์ Volts ในห้องปฏิบัติการที่มีความชื้นประมาณ 50% ซึ่งเทียบได้กับกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกจากแบตเตอรี่ AA ครึ่งหนึ่ง ..
การทำงานเพื่อทำให้วัสดุเซลล์ไฟฟ้า Hygroelectricity Materials มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทีมงาน คาดหวังว่า เมื่อสมบูรณ์แล้ว แผ่นแผงเซลล์ต่าง ๆ จะสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าในปริมาณเท่ากันกับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีขนาดใกล้เคียงกัน ..
นักวิจัย ยังเชื่อมั่นว่า แผ่นแผงเซลล์ Hygroelectricity Cells จะถูกนำไปใช้ในลักษณะเดียวกันกับแผงโซลาร์เซลล์ Solar PV Panels ไม่ว่าจะเป็นฟาร์มผลิตกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่ Large-Scale Electricity Farms หรือใช้งานเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับเมือง ชุมชน ครัวเรือน และอาคารแต่ละหลังได้อย่างยอดเยี่ยมในอนาคตอันใกล้จากนี้ไป ..
ในแง่มุมหนึ่ง เทคโนโลยี Hygroelectricity Technology ใหม่นี้ มีข้อได้เปรียบเหนือชั้นกว่าพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม Advantage over Solar & Wind Energy .. ด้วยมุมมองในทางปฏิบัตินั้น แผงเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ Solar PV Panels และกังหันลม Wind Turbines จะต้องอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อดักจับแสงแดด Sunlight และลม Wind Flow แต่เซลล์ไฟฟ้าดักจับความชื้น Hygroelectricity Cells ไม่จำเป็นต้องจัดวางในตำแหน่งเฉพาะเป็นพิเศษ เนื่องจากระดับความชื้นในท้องถิ่นมีการเปลี่ยนแปลงต่างกันออกไปเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ..
ดังนั้น หากเซลล์ไฟฟ้าดักจับความชื้น Hygroelectricity Cells ที่เป็นแผ่นดิสก์สีเทาบาง จำนวน 20,000 ชิ้น ซ้อนกันอยู่ในกล่องอุปกรณ์ขนาดเท่าเครื่องซักผ้าเท่านั้น สามารถผลิตพลังงานที่เป็นกำลังไฟฟ้าได้ 10 กิโลวัตต์ชั่วโมง KWh ต่อวันได้จริง ก็หมายความว่า เมื่อแต่ละครัวเรือนเพียงติดตั้งอุปกรณ์เซลล์ไฟฟ้าดักจับความชื้น Hygroelectricity Cells ขนาดเท่าเครื่องซักผ้า จำนวน 2 ตู้ ในราคาตลาดที่เหมาะสมไม่แพงเกินไปแล้ว บ้าน หรืออาคารหลังนั้น ก็จะมีกำลังไฟฟ้าใช้งานอย่างเพียงพอไม่น้อยกว่า 20 หน่วยต่อวัน หรือ 20 KWh / Day ทำให้ไม่มีความจำเป็นต้องใช้กำลังไฟฟ้าจากโครงข่ายระบบสายส่ง Electrical Grid อีกต่อไป และหากผนวกแหล่งพลังงานทางเลือกอื่นๆ เช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Panels และกังหันลม Wind Turbines รวมทั้งชุดแบตเตอรี่ Battery Packs รูปแบบต่าง ๆ ไว้พร้อมด้วยแล้ว แต่ละครัวเรือนจะมีพลังงานฟรีเหลือมากพอที่จะชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles ของพวกเขาโดยไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ เกิดขึ้นอีก หรือขายกำลังไฟฟ้าส่วนเหลือเกินคืนให้แก่โครงข่ายระบบสายส่งในพื้นที่ได้อีกด้วย .. และนี่หมายถึง การปรากฏตัวของเทคโนโลยีแปลงความชื้นในบรรยากาศให้เป็นกำลังไฟฟ้า The Rise of Hygroelectricity จะสามารถทำให้ความฝันของมนุษยชาติสำหรับการเปลี่ยนผ่านพลังงานสะอาดสีเขียว Green & Clean Energy Transition กำลังจะกลายเป็นความจริงได้สำเร็จในที่สุด นั่นเอง ..
…………………………….
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Hygroelectricity | Wikipedia :-
https://en.wikipedia.org/wiki/Hygroelectricity
Hygroelectricity: The Untapped Potential of Humid Air | Electro Pages :-
https://www.electropages.com/blog/2023/07/hygroelectricity-can-humid-air-be-source-power
How Harvesting Electricity from Humid Air Could One Day Power Our Devices | BBC :-
New Device can Harvest Clean Energy from Humid Air Anywhere | SN Explores :-
‘It was an Accident’: The Scientists Who Have Turned Humid Air into Renewable Power | The Guardian :-
The Rise of Hygroelectricity: Perfecting the Conversion of Atmospheric Humidity into Electricity | Innovation Toronto :-
Making Electricity from The Humidity in The Air Started with An Accident | CleanTechnica :-
Changing Atmospheric Humidity into Renewable Power | The EU Publications Office :-
https://cordis.europa.eu/project/id/101046307
CATCHER Project | EU :-
A Review of Humidity Gradient – Based Power Generator | ScienceDirect :-
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522006693
Global Zirconium Oxide Market Outlook | EMR :-
https://www.expertmarketresearch.com/reports/zirconium-oxide-market
Energy Transition : A Significant Structural Change in an Energy System :-
https://photos.app.goo.gl/Qnj3eGJobkzRHx7a9
The Renewable Energy & How to Save the World Documentary :-
https://goo.gl/photos/TusY3UndbtWjDfXx9
Hygroelectricity or Hygroelectrical Power : Turn Humidity to Electricity :-
